试论3D打印对机械制造及自动化的影响

试论3D打印对机械制造及自动化的影响

梁玉玲

身份证号码：44538119881008XXXX

摘要：随着近些年科技水平的不断提升，3D打印技术也得到了快速的发展，3D打印技术的类型以及3D打印机也得到了快速的发展与广泛的应用，3D打印技术已经被广泛的应用到了机械自动化领域，3D打印技术已经改变了传统机械自动化行业的制造加工模式。基于此，本文首先分析了3D打印技术的起源、发展与特点，并对3D打印对机械制造及自动化的消极影响和积极影响进行了论述探讨。

关键词：3D打印；机械制造及自动化；影响

1.3D打印技术的起源与发展

现代3D打印技术原理的指导性思想起源于科技水平发达的美国，在19世纪80年代的美国科学家J.E.Blanther就在其申请的专利中提出了使用分层制造的方法来构建当时的地形图；在20世纪初美国科学家CarloBaese的在其申请的专利中对制造塑料产品的方法进行了相应的改造，建议使用光敏聚合物进行制造塑料制品；这些原理的不断提出以及被应用是3D打印技术出现于发展的基础，再经过科学技术的发展，有更多地科学家提出了3D打印技术的方法与原理，到了20世纪50年代之后，全球范围内对3D打印专利的申请量达到了几百。随着科技水平的不断发展，3D打印技术的思想以及原理不断的被完善，同时能够用于生产的设备不断的出现，到了1988年美国的3DSystems公司进过相应的技术研发制造出全球首台能够用于商业化的3D打印设备——SLA-250，这使得3D打印技术从理论走向了现实，在第一台3D打印机出现后，3D打印技术蓬勃发展，有更多地公司参与到了3D打印技术的研发与制造中来，在短短的几年时间里，3D打印技术的工艺与相关产品已经有了十多种，3D打印技术进入了黄金发展阶段。当前随着3D打印技术的发展，3D打印机的外形如下图1所示，下图为MakerBotReplicatorMini3D打印机。

图1

2.3D打印技术的主要特点

2.1实现数字模型的制造

较比于传统的车床制造方式，虽然3D打印技术并没有实现整体大量链接和步骤性加工。但是，其单个产品的制造成本和生产效率，却有着较为突出的效果，若以此作：为产品样本，将零部件生产后进行组合，将起到事半功倍的效果。

2.2维度递增管理

通常意义上生产一个零部件，也是通过这样的形式进行的。而3D打印技术由于使用大量的构图，可以通过更加原始的二维结构进行递增。由简单到复杂，将产品的生产可控性有效提高。

2.3实现复杂生产

一些结构相对复杂的产品，需要生产零部件后进行组装。无论是效率，还是生产成本，都存在着一定的问题。而3D打印技术，则可直接将复杂的产品打印出来，由此更加合理地控制生产成本与效率。

近年来，3D打印技术有了较大的发展。目前采取的SLA打印基础，以树脂材料进行加工，可以有效地提升使用率，并能够实现材料的循环使用和加工。同时，各类新型材料，在物理性质的稳定上，也有着不俗的表现，确保了打印精度和成本的质量。不过，SLA虽然常用，却也有着一定的缺陷。其主要问题在于成品最终稳定性不高，容易在太阳照射下变形。这也意味着，以此类材料和模式打印的产品，抗高温层面的表现力较弱。另外一种较为普遍使用的技术为SLS，较比于SLA光固化技术，其激光烧结的物理打印机制，在材料的适用范围上，则更加理想。因为其可以使用金属粉末，由其形成金属框架，进而得以承受高温浇筑等生产方式。所以，较比于SLA优势更为明显。不过，从材料和生产模式来看，SLS的生产成本更高，便捷性较低，并且机器的耐高温属性决定了的本身的成本。所以SLS的最终生产成本较高，限制了其适用范围。

3.3D打印对机械制造及自动化的影响

3.1消极影响

现阶段，3D打印机所使用的材料具有局限性，仅有石膏、塑料与无机粉料等，此时的材料难以满足实际打印的需求，同时，其材料还存在一定的危害性，特别是降解难度较大的材料，其直接威胁着人的健康与安全。同时，随着3D打印机及激光扫描仪的广泛应用，造成了大量仿制品的出现，此时便会影响注重设计成本商品的发展，如：家具产品、工具等，严重情况下，甚至会出现知识产权问题。

在信息时代，3D打印未能适应电子系统发展的需求，难以制造其相关的零件，主要体现在芯片制造方面，由于其材料类型不同，而3D打印难以同时喷不同的材料，进而制约着此项技术的应用。同时，对于现有的3D打印技术而言，其在制作大多数零件时，均存在大耗能、高成本与低效率的缺点，仅在打印模型及玩具制造方面优势较为显著。再者，3D打印所制作的一次成型产品仅是对单一材质而言的，如果产品材料不同，则需要分开打印，在各零部件被打印好后，再组装与加工，如：汽车与枪支制造。

3.2积极影响

一方面，改变机械制造的格局。3D打印技术最为显著的优势便是可直接制造，根据计算机图形数据以此生成相应的物体，在此基础上，保证了生产效率，控制了生产成本，如果将其广泛应用于机械制造领域，则会冲击传统生产加工线，进而人工密集型、机器密集型的生产方式将逐渐被淘汰，在此情况下，各类企业在市场中所占的比重将有所改变。目前，3D打印技术未能全面应用于机械制造，特别是与整机生产的目标仍存在较大差距，但此项技术的发展潜力不容忽视，随着其快速发展与积极推广，在不久的将来将改变机械制造的格局。3D打印技术将使机械制造零件生产具有分散性，从而避免了地域垄断，同时，配件供应商借助此技术，通过信息传输，从而将增强自身的竞争力，特别是对中小型机械制造企业而言，在3D打印技术的支持下，其零部件生产将具有定制化与个性化，进而在满足不同客户需要的基础上，企业的竞争力将不断提高。

另一方面，结合机械制造自动化。3D打印是机械制造自动化发展的重要体现，与传统打印机相比，3D打印机所喷出的液体或粉末为不同的打印材料，在先进技术的支持下，如：光固化、纸层叠等，快速、直接制造成型，同时在电脑控制下，逐层叠加，最后获得了实物。对于3D打印机而言，其工作流程为创建物品，主要是利用CAD软件实现的，拷贝模型至3D打印机中，设置各参数打印；其具体的构成有控制组件、机械组件、打印头、耗材与介质等，如果各流程与部分均实现自动化，3D打印技术与机械制造自动化的联系将更加紧密。

结束语：随着科技水平的提升，3D打印技术将得到更快更好的发展，将会应用于更多的领域与行业，同时随着3D打印技术的提升，3D打印的精度更高速度更快，3D将会被更多的应用于机械自动化领域，同时也将会对机械自动化领域产生更大的影响，也将带领机械自动化向更高的领域发展。

参考文献：

[1]中国机械工程学会.3D打印打印未来[M].北京：中国科学技术出版社.2013.

[2]文长久.浅析3D打印对机械制造及自动化的影响[J].科技展望.2016.

[3]李智丽，朱晓培.3d打印对机械制造及自动化的影响分析[J].科技风.2016.